JP2004090097A

JP2004090097A - Tool replaceable machine tool

Info

Publication number: JP2004090097A
Application number: JP2002250513A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Fukuda; 福田　達也; Eiji Sakai; 堺　栄司
Original assignee: KIRA CORP KK
Current assignee: KIRA CORP KK
Priority date: 2002-08-29
Filing date: 2002-08-29
Publication date: 2004-03-25
Also published as: TW200403126A; TWI253372B

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To stably deliver a tool between a main spindle and a tool magazine. <P>SOLUTION: In this machine tool 2, a tool is replaced by performing the following operations in order. (1) The tool magazine 200 is rocked to the spindle side, and the tool (a tool holder 4) is held by an arm 204. (2) The spindle 22 and the tool magazine 200 are moved upward to unclamp the tool from the spindle 22. (3) Only the spindle 22 is further moved upward to detach the tool from the spindle 22. (4) A plurality of arms 204 is rotated in the circumferential direction to select a tool. (5) Only the spindle 22 is moved downward to mount the tool on the spindle 22. (6) The spindle 22 and the tool magazine 200 are moved downward to clamp the tool by the spindle 22. (7) The tool magazine 200 is rocked on the counter-spindle side to separate the tool magazine 200 from the tool. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ツールの自動交換が可能な工作機械に関する。特に、主軸とツールマガジンとの間でツールの受渡しを安定的に行なうことができる工作機械に関する。本明細書でいう「ツール」には、ツールを固定したツールホルダや、ツールとツールホルダが一体となったものも含む。
【０００２】
【従来の技術】ツールの自動交換が可能な工作機械の中には、下記の構成を有するものが知られている。
・主軸：ツールが着脱可能であり、装着されたツールをクランプする機構を内蔵している。
・主軸を軸方向に移動させる機構。
・第１連結装置：主軸とクランプ機構の間に設けられ、主軸にクランプされたツールを主軸が一方方向に移動する間にアンクランプさせ、主軸からアンクランプされたツールを主軸が他方方向に移動する間にクランプさせる。
・ツールマガジン：ツールを保持可能なツール保持部を周上に複数有するとともにその複数のツール保持部を周方向に回転させる手段を備えている。ツールマガジンは、それ自体が揺動可能である。
・第２連結装置：ツールマガジンと主軸の間に設けられている。主軸の軸方向の移動に追従して以下の各動作を実現する。
・第１動作；主軸の一方方向への移動に従動してツールマガジンを主軸側に揺動させ、主軸にクランプされているツールをツール保持部で保持させる。このとき同時に、ツールを主軸からアンクランプさせる。すなわち、ツールマガジンを主軸側に揺動させてツール保持部でツールを保持し始めたときにはまだ主軸にクランプされているツールを、ツールマガジンが主軸側に揺動し終えてツール保持部でツールを保持し終えるまでの間にアンクランプする。
・第２動作；主軸のみを一方方向にさらに移動させて、ツール保持部で保持されて主軸からアンクランプされたツールを主軸から離脱させる。
・第３動作；複数のツール保持部を周方向に回転させてツールを選択させる。
・第４動作；主軸のみを他方方向に移動させて、ツール保持部で保持された（選択された）ツールを主軸に装着させる。
・第５動作；主軸を他方方向に移動させ、ツール保持部で保持されたツールを主軸にクランプさせる。このとき同時に、ツールマガジンを反主軸側に揺動させて主軸にクランプされたツールからツールマガジンを離反させる。すなわち、ツールが主軸にクランプされるまでの間はツール保持部でツールを保持し続け、ツールが主軸にクランプされた後にツールマガジンを反主軸側に揺動させる。
【０００３】
【特許文献１】
特開平２−１５９３５号
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来の工作機械では、ツール保持部がツールを保持し始めたタイミングの直後に、ツールをアンクランプしなければならない。もし前者のタイミングが後者のタイミングより遅いと、ツール保持部で保持されていないツールが主軸からアンクランプされ、ツールが脱落する可能性が生じる。逆に、前者のタイミングと後者のタイミングとの間に差がありすぎると、ツール保持部で保持されたツールが主軸にクランプされた状態で主軸とともに移動する。ツール保持部は揺動するのみで、主軸と平行に移動できないことから、動作に干渉が生じてしまう。
また、主軸がツールをクランプしたタイミングの直後に、ツール保持部がツールから離反しなければならない。もし前者のタイミングが後者のタイミングより遅いと、主軸にクランプされていないツールがツール保持部で保持されなくなり、ツールが脱落する可能性が生じる。逆に、前者のタイミングと後者のタイミングとの間に差がありするぎると、ツール保持部で保持されたツールが主軸にクランプされた状態で主軸とともに移動する。ツール保持部は揺動するのみで、主軸と平行に移動できないことから、このときにも動作に干渉が生じてしまう。
【０００５】
工具交換に許容される時間は短くなっており、工具交換のための主軸の軸方向の移動距離も短くなっている。このなかで、前記のタイミングを確保することが困難となっている。工具交換を高速化すると、ツールの脱落が発生しやすい。
本発明は、工具交換のための主軸の移動距離が短くても、確実にツール交換できる機構を開発する。ツールを主軸から離脱させる場合には、主軸にクランプされたツールをツール保持部で保持し続けながらアンクランプすることを許容することによって、ツール保持部でツールを保持する前に主軸がツールをアンクランプすることを防止する。新たなツールを主軸に装着する場合には、ツールが主軸にクランプされた後までツール保持部でツールを保持し続けることを許容することによって、ツールが主軸にクランプされる前にツール保持部がツールを保持しなくなることを防止する。
【０００６】
【課題を解決するための手段と作用と効果】上記課題を解決するために創作された請求項１に記載の発明は、ツールが着脱可能であり、装着されたツールをクランプする機構を内蔵する主軸と、その主軸を軸方向に移動させる機構と、その主軸と前記したクランプ機構の間に設けられ、主軸にクランプされたツールを主軸が一方方向に移動する間にアンクランプさせ、主軸からアンクランプされたツールを主軸が他方方向に移動する間にクランプさせる第１連結装置と、ツールを保持可能なツール保持部を周上に複数有するとともにその複数のツール保持部を周方向に回転させる手段を有し、それ自体が揺動可能であるとともに主軸とほぼ平行に移動可能なツールマガジンと、ツールマガジンと主軸の間に設けられている第２連結装置とを備える。この工作機械では、第２連結装置が以下の各動作を順に実現してツールを交換する。
第１動作；主軸の一方方向への移動に従動してツールマガジンを主軸側に揺動させ、主軸にクランプされているツールをツール保持部で保持させる。
第２動作；主軸とツールマガジンを一方方向に移動させ、ツール保持部で保持されたツールを主軸からアンクランプさせる。
第３動作；主軸のみを一方方向にさらに移動させて、ツール保持部で保持されたツールを主軸から離脱させる。
第４動作；複数のツール保持部を周方向に回転させてツールを選択させる。
第５動作；主軸のみを他方方向に移動させて、ツール保持部で保持された選択されたツールを主軸に装着させる。
第６動作；主軸とツールマガジンを他方方向に移動させ、ツール保持部で保持されたツールを主軸にクランプさせる。
第７動作；主軸の他方方向への移動に従動してツールマガジンを反主軸側に揺動させ、主軸にクランプされているツールからツールマガジンを離反させる。
【０００７】
請求項１に記載の工作機械は、主軸にクランプされているツールをツール保持部が保持した状態で、主軸とツールマガジンが前記した一方方向にほぼ平行に移動する。そして、この平行移動中に主軸にクランプされているツールがアンクランプされる。この工作機械は、ツール保持部がツールをしっかり保持した状態でツールがアンクランプされるために、ツールの受渡しを安定的に行なうことができる。また、主軸とツールマガジンが前記した他方方向にほぼ平行に移動する中でツールがクランプされる。そして、ツールがクランプされた後にツールからツール保持部が離反するために、ツールの受渡しを安定的に行なうことができる。
【０００８】
また上記の工作機械において、第１動作の終了時点では、ツール保持部とツールとの間に主軸と直交する方向に隙間が残され、第２動作中に、ツールマガジンを低速で主軸側に移動させて前記した隙間を無くすことが好ましい。
ツールマガジンを揺動させて第１動作が行なわれる場合は、ツール保持部がツールに強く衝突してツール保持部やツールが破損するおそれがある。本発明の工作機械では、ツール保持部とツールとの間にわずかな隙間ができるところでツールマガジンの揺動を停止させ、ツール保持部とツールを強く衝突させない。このため、ツール保持部やツールが破損してしまうことを防止できる。そして、第２動作中に、その隙間を無くすようにツールマガジンを低速で主軸側に移動させるために、第２動作の終了時点ではツール保持部がツールをしっかり保持している。このため、ツール保持部によるツールの保持が不安定になることもない。
【０００９】
【発明の実施の形態】上記した各請求項に記載の発明は、以下に示す形態で好適に実施することができる。
（形態１）主軸は、ツールが嵌合する溝穴を有する。その溝穴はテーパ形状を有する。
（形態２）主軸は、ハウジングに回転可能に収納される。主軸を軸方向に移動させる機構は、ハウジングを主軸の軸方向に移動させる。
（形態３）ツールマガジンのツール保持部は、その先端が二手に分かれたアームである。
【００１０】
【実施例】以下、図面を参照して本発明に係る工作機械の実施例について説明する。まず図１を参照して工作機械２の構成を説明する。図１は、工作機械２の概略構成を示す正面図である。
工作機械２は、ツールを用いてワークを加工するワーク加工部１００と、多数のツールを収納するツールマガジン２００等から構成される。図１では、工作機械２に備えられる他の構成要素（例えばワークの支持台等）は図示省略しており、本発明に関連する要素のみを図示している。
【００１１】
まず、ワーク加工部１００の構成について説明する。ワーク加工部１００の下方にはワーク（図示省略）がセットされ、そのワークはツールによって加工される。ツールは、ツールホルダ４に保持される。本実施例では、ツールの具体的形状を図示省略している。本実施例の工作機械２で用いられるツールの種類は多岐に亘り、加工対象となるワークも様々である。
ワーク加工部１００は、主軸２２（図１〜図４では図示省略；但し図５に示している）を収納している主軸ハウジング１１０と、モータを収納しているモータハウジング１０４と、レバー１２０等を収納しているレバーハウジング１０６と、工作機械２の上部を覆っているブラケット１０８等によって外観が構成されている。モータハウジング１０４とレバーハウジング１０６は、主軸ハウジング１１０に固定されている。
【００１２】
図５を参照して、主軸ハウジング１１０内部の詳しい構成を説明する。図５は、主軸付近を一部断面図で示した図である。主軸ハウジング１１０には、第１ハウジング１２と第２ハウジング１４によって構成されるハウジング１８が含まれる。第２ハウジング１４は、第１ハウジング１２に固定されている。第１ハウジング１２には、４つのベアリング２０（一つしか符号を付していない）が固定されている。第１ハウジング１２は、各ベアリング２０を介して主軸２２を回転可能に支持している。主軸２２は、図示省略の機構を介してモータに連結されている。このモータは、モータハウジング１０４に収納されている。モータが駆動することにより、主軸２２が軸Ｃ１回りに回転する。モータの駆動機構や、モータのトルクを主軸２２に伝達する機構の説明は省略する。
なお図５では、主軸２２と第２ハウジング１４が接触しているように見えるが、実際は接触していないか、接触しているとしてもその摺動摩擦は非常に小さいものである。第２ハウジング１４の存在により主軸２２の回転運動が抑制されることはない。
【００１３】
主軸２２は、内部が空洞になっている。その空洞には、ツールホルダ４をクランプする機構２６が設けられている。クランプ機構２６は、クランプ部材２８と略円筒形状の部材３０等から構成される。クランプ部材２８と部材３０は、主軸２２の軸方向に摺動可能である。
図５では、ツールホルダ４に主軸２２がクランプされている状態が示されている。この状態では、部材３０がバネ２９によって上方に付勢されており、ツールホルダ４も上方に付勢されている。このときツールホルダ４は、主軸２２のテーパ部３６に密着している。
図５の状態から部材３０が下方に移動すると、クランプ部材２８が下方に移動し、クランプ部材２８の下端が外方に広がることができるようになる。これにより、ツールホルダ４の上端の膨出部４ｂが主軸２２から抜けるようになる（ツールホルダ４がアンクランプされる）。逆に、ツールホルダ４が主軸２２に挿入されている状態のときに部材３０が上方に移動すると、クランプ部材２８が上方に移動し、クランプ部材２８の下端が内方に閉まる。これにより、ツールホルダ４の膨出部４ｂがクランプ部材２８にクランプされ、図５の状態になる（ツールホルダ４がクランプされる）。
本実施例のツールホルダ４はテーパ形状（テーパ部４０）を有していることが図５に良く示されている。そのテーパの形状に合わせて、主軸２２のテーパ部３６の形状が設定されている。
【００１４】
図１に良く示されるように、主軸ハウジング１１０の手前側（図１〜図４の手前側）の面には、後述するローラ３２２，２０６と接触するローラ接触部材１３０が固定されている。ローラ接触部材１３０は、左右方向に長い略四角形１３０ｂと、略四角形１３０ｂの左部から上方向に伸びる略四角形１３０ａとが組み合わさった形状を有している。略四角形１３０ｂの右端は、下方にやや突出している。略四角形１３０ａは、その右辺がその左辺より長い。このため、略四角形１３０ａの上辺は左下がりの傾斜を有している。略四角形１３０ｂの下辺は、右下がりに曲線的に傾斜している。
【００１５】
レバーハウジング１０６の内部には、レバー１２０と部材１２２等が収納されている。レバー１２０は、Ｌ字形状を有している。レバー１２０の中央には開孔が形成されており、その開孔にはピンが挿入されている（この開孔やピンは図示省略しているが、開孔やピンの位置は図１の符号Ｃ２部分である）。そのピンは、レバーハウジング１０６に固定されている。これらの構成によって、レバー１２０が軸Ｃ２回りに回転可能になっている。
レバー１２０の上部に、ローラ１２４が固定されている。このローラ１２４は、後述するレール１５０に転動可能に嵌合するものである。レバー１２０の左部には、ローラ１２６が回転可能に固定されている。そのローラ１２６に嵌合する部材１２２は、上部が円柱形状であり、その下部が上部よりも半径の大きい円柱形状である。図１の状態からレバー１２０が軸Ｃ２回りに左回転すると部材１２２が下方に移動する。またレバー１２０が軸Ｃ２回りに右回転すると部材１２２が上方に移動する。
部材１２２の下面には図示省略の部材が固定されており、その図示省略の部材には上記した部材３０が連結されている。このため、レバー１２０の左回転に伴なって部材１２２が下方に移動すると部材３０が下方に移動する。これによりクランプ部材２８が下方に移動し、ツールホルダ４のクランプが解除される（アンクランプされる）。逆に、レバー１２０の右回転に伴なって部材１２２が上方に移動すると部材３０が上方に移動する。これによりクランプ部材２８が上方に移動し、ツールホルダ４がクランプされる。
【００１６】
主軸ハウジング右部１１０ａを貫通して、ガイドレール１７０が上下方向に伸びている。主軸ハウジング１１０の右方にあるコラム１０２内には、図示省略のボールネジ機構が設けられている。このボールネジ機構には、主軸ハウジング右部１１０ａが連結されている。さらにこのボールネジ機構は、モータ１１２に連結されている。このボールネジ機構によって、モータ１１２のトルクが主軸ハウジング１１０の上下運動に変換される（主軸ハウジング１１０は、ガイドレール１７０に沿って上下動可能である）。上記したように、主軸ハウジング１１０にはモータハウジング１０４やレバーハウジング１０６が固定されているために、主軸ハウジング１１０が上下動すると、各ハウジング１０４，１０６も一体となって上下動する。
【００１７】
ブラケット１０８は、その左部が下方に伸びた構造を有している（下方に伸びている部分を符号１０８ａで示す）。ブラケット１０８には、３つの板状部材（第１板状部材１８０，第２板状部材１８２，第３板状部材１９２）が固定されている。ブラケット１０８は主軸ハウジング１１０等の上下動に伴なって上下動しないために（ブラケット１０８は一切移動しない）、各板状部材１８０，１８２，１９２も図１に示される位置から移動しない。
下方に伸びている部分１０８ａには、４つのボルト１９０（一つしか符号を付していない）によって、第３板状部材１９２が固定されている。第３板状部材１９２は、左右方向に長い長方形状を有する。第３板状部材１９２の右部には、４つのボルト１９４（一つしか符号を付していない）によって、第１板状部材１８０が固定されている。第２板状部材１８２は、ブラケット１０８の中央から下方に伸びるように取り付けられている。
【００１８】
第１板状部材１８０には、上下方向に溝（レール）１５０が形成されている。レール１５０は、下方から上方に向かうにつれて、左に一度カーブするように形成されている。図１の状態から主軸ハウジング１１０等が上方に移動すると、上記した第１ローラ１２４がレール１５０上を転動する。この点は後で詳しく説明する。
第２板状部材１８２は、その下端にバネ１８８の一端が連結されている。バネ１８８の他端は、後述するツールマガジン２００の部材２１６に連結されている。このバネ１８８によって、ツールマガジン２００が右方向（より詳しくは右斜め上方向）に付勢されている。
【００１９】
ブラケット左部１０８ａの下面には、第１レール部材３１０が固定されている。ブラケット左部１０８ａの左面には、第２レール部材３３０が固定されている。第１レール部材３１０は、直方体形状を有している。第１レール部材３１０の下側には、左右方向に摺動可能にブロック３１２が嵌合している。そのブロック３１２には、２つのローラ３２２，３２４を持った部材３２０が取り付けられている（部材３２０は左右方向に移動可能である）。ローラ３２２は、図１の状態から各ハウジング１１０等が上方に移動したときに、ローラ接触部材１３０と接触する。この点は後で詳しく説明する。ローラ３２４は、後述する部材３４０の溝３４０ａに転動可能に嵌合している。
【００２０】
第１レール部材３１０の右部には、下方に伸びる部材３５０が固定されている。この部材３５０には孔が設けられており、その孔にはシャフト３５２が挿入されている。シャフト３５２の左端は、部材３２０の右側面に固定されている。またシャフト３５２の右端には、部材３５０のシャフト挿入孔よりも外径の大きいナット３５４が締付けられている。この構成により、部材３２０が左方向に移動すると、ナット３５４が部材３５０に接触し、その接触位置よりも左方に部材３２０が移動することが禁止される。
またシャフト３５５は、シャフト３５２と同様に、部材３５０を通過するとともに部材３２０の右側面に固定されている。このシャフト３５５は、バネ３５６によって右方向に付勢されている（これにより部材３２０も右方向に付勢されている）。このため、左方向の外力が加わらない限り、部材３２０は図１の状態を維持する。
【００２１】
第２レール部材３３０は、上下方向に伸びる直方体形状を有している。第２レール部材３３０の左側には、図示省略のブロックが上下方向（正確には右斜め上方向）に摺動可能に嵌合している。このブロックは、上方にいくにつれて右に傾いている。このブロックには部材３４１が取り付けられ、さらにこの部材３４１には部材３４０が取り付けられている（これにより部材３４０，３４１は右斜め上方向に移動可能である）。部材３４１の上部には、孔（図示省略しているが符号Ｃ３の位置にある）が設けられている。
【００２２】
次に、ツールマガジン２００の構成について説明する。ツールマガジン２００は、複数のアーム２０４を備えている。アーム２０４の先端は、ツール（ツールホルダ４）を把持できる形状になっている（アーム２０４の形状は図２に良く示されている）。即ちアーム２０４は、その先端が二手に分かれた形状を有している。複数のアーム２０４は、軸Ｃ４を中心とする円周上に等ピッチに並んで配置されている。図１等では、アーム２０４が２つしか示されていないが、本実施例のツールマガジン２００には１０本のアーム２０４が備えられている。アーム群（１０本のアームをまとめてこのように呼ぶ）は、軸Ｃ４回りに回転可能である。アーム群を回転させるモータや、アーム群の回転機構に関する詳しい説明は省略する。
ツールマガジン２００の右側上部から右方向に部材２０８が伸びている。部材２０８の右部には孔（図示省略しているが符号Ｃ３の位置にある）が設けられている。その孔には、ピン２１２が挿入されている。この構成により、部材２０８が、部材３４１に回転可能に支持されることになる。即ち、ツールマガジン２００は、軸Ｃ３を揺動支点として揺動可能である（矢印Ｄ２方向のスイング動作と矢印Ｄ３方向のスイング動作が可能である）。
【００２３】
ツールマガジン２００の右側下部から右方向に部材２１６が伸びている。この部材２１６には、ローラ２０６が固定されている。図１の状態では、ローラ接触部材１３０の略四角形１３０ａの左辺にローラ２０６が接触している。また上記したように、部材２１６にはバネ１８８が連結されている。これにより部材２１６（ツールマガジン２００）が右斜め上方向に付勢されている。
【００２４】
次に上記構成を有する工作機械２のツール交換動作について説明する。ツール交換は、図１の状態から主軸ハウジング１１０等を上方に移動させることによって行なわれる。主軸ハウジング１１０等が上方に移動することによって、ローラ接触部材１３０の略四角形１３０ａの左辺をローラ２０６が相対的に下方に転動する。主軸ハウジング１１０等が上方に移動すると、ローラ２０６が略四角形１３０ｂの下辺に達する。ツールマガジン２００は右方向に付勢されているために、ローラ接触部材１３０の略四角形１３０ｂの下辺をローラ２０６が右方向に転動する。このときツールマガジン２００は、軸Ｃ３回りに左回転することになる（矢印Ｄ２方向にスイング動作（揺動）する）。これにより、空状態（ツールホルダ４を保持していない状態）のアーム２０４が、主軸２２にクランプされているツールホルダ４に接近し、そのツールホルダ４を挟持する。
【００２５】
図２には、ツールマガジン２００が矢印Ｄ２方向にスイング動作した後の状態が示されている。また図２には、アーム２０４の平面図が示されている。図２に良く示されるように、ツールマガジン２００が矢印Ｄ２方向にスイング動作すると、主軸２２にクランプされているツールホルダ４がアーム２０４に挟持される。ローラ接触部材１３０の略四角形１３０ｂの下辺を曲線的な形状としたことにより、アーム２０４（ツールマガジン２００）が勢い良く揺動してツールホルダ４に強い衝撃を与えることが回避されている。
ツールマガジン２００のスイング動作は、ツールマガジン２００の右側中央部２００ａが、部材３４０に埋め込まれているストッパーボルト３４３に接触することによって停止される。この図２の状態では、アーム２０４がツールホルダ４を完全に挟持していない。即ち、図２におけるアーム２０４の平面図に良く示されるように、アーム２０４とツールホルダ４との間にはわずかな隙間ｓが存在する。このわずかな隙間ｓが存在するように、ツールマガジン２００の右側中央部２００ａやストッパーボルト３４３の形状が設計されている。
【００２６】
図２では、ローラ１２４がレール１５０に嵌合している様子が良く示されている。このローラ１２４は、上記のレバー１２０（図１参照）に固定されているものである。図２では、レバー１２０や部材１２２を図示省略し、ローラ１２４のみを図示している。
また図２の状態では、ローラ接触部材１３０の略四角形１３０ａの上辺（傾斜している部分）に、ローラ３２２が接触している。
【００２７】
主軸ハウジング１１０等が図２の状態からさらに上方に移動すると、ローラ接触部材１３０がローラ３２２を左方に押す。これにより、部材３２０が左方に移動する。部材３２０が左方に移動すると、部材３２０の左部にあるローラ３２４も左方向に移動する。このローラ３２４は部材３４０の溝３４０ａに嵌合しているために、ローラ３２４が左方向に移動すると、部材３４０に上方向の力が作用する。この力によって、部材３４０が上方向（正確には右斜め上方向）に移動する。即ち、ツールマガジン２００全体が右斜め上方向に移動する。このとき、ツールマガジン２００の上方向移動速度と、主軸ハウジング１１０等の上方向移動速度が同じになるように、各部材（ローラ接触部材１３０、部材３４０、第２レール部材３３０等）の形状が設計されている。
【００２８】
主軸ハウジング１１０等が図２の状態からさらに上方に移動すると、ローラ１２４がレール１５０に沿って上昇する。レール１５０は、その下部でカーブしているために、ローラ１２４もカーブしながら上昇する。ローラ１２４が左にカーブすることによって、ローラ１２４が固定されているレバー１２０（図１参照）が軸Ｃ２回りに左回転する。この左回転によって、部材１２２が下方に移動する。これにより、ツールホルダ４がアンクランプされる。
【００２９】
上記したように、ツールマガジン２００と主軸ハウジング１１０等は上方向の移動速度が同じであり、ツールマガジン２００（アーム２０４）と主軸２２との間には上下方向の相対移動がない。但し、ツールマガジン２００は、右斜め上方向に移動するために、ツールホルダ４に対してアーム２０４が右方向に移動し、ツールホルダ４とアーム２０４が近づくことになる。これにより、アーム２０４とツールホルダ４との間の隙間ｓが無くなり、ツールホルダ４がアーム２０４に完全に挟持される。
【００３０】
図３に、主軸ハウジング１１０等が図２の状態からさらに上方に移動したときの図を示している。このとき、部材３２０に固定されているローラ３２２は、ローラ接触部材１３０の略四角形１３０ａの左辺に位置している。従って、これ以上主軸ハウジング１１０等が上方に移動しても、部材３２０が左方向に押されることはない。このため、ツールマガジン２００はこれ以上上方に移動しない。さらに、シャフト３５２の右端に固定されているナット３５４が部材３５０に当接しているために、部材３２０が左方向に万が一移動することも禁止されている。この図３の状態では、第１板状部材１８０のレール１５０のカーブより上方にローラ１２４が位置している。即ち、図２の状態から図３の状態に移行するまでに、ローラ１２４がレール１５０のカーブを通過している。このため、図３の状態では、部材１２２が下方位置にあり、ツールホルダ４がアンクランプされている。
【００３１】
図３の状態から主軸ハウジング１１０等をさらに上方に移動させても、ツールマガジン２００は上昇せず、主軸ハウジング１１０等のみが上方に移動する。そして、図４に示す状態になる。図４は、主軸ハウジング１１０等が最上位置にあるときの図である。この図４の状態では、ツールマガジン２００のアーム群を軸Ｃ４回りに回転させ、主軸２２に装着される新しいツールを選択する。例えば、アーム２０４ａを最上位置（図４のアーム２０４ｂの位置）まで回転させ、アーム２０４ｂを最下位置（図４のアーム２０４ａの位置）に位置させる。これにより、使い終わったツール（ツールホルダ４ａ）が最上位置に位置し、これから使用されるツール（ツールホルダ４ｂ）が最下位置に位置する。
【００３２】
新しいツールを選択すると、主軸ハウジング１１０の下降動作を行なうことで、新たなツール（ツールホルダ４ｂ）が主軸２２にクランプされることになる。上記した主軸ハウジング１１０の上昇動作と逆動作が行なわれるだけなので（図４の状態から図１の状態に戻るだけなので）、新しいツールのクランプに関する詳しい説明はここでは省略する（後で少しだけ説明する）。
【００３３】
図６は、工作機械２の各部材の動作タイミングを説明するための図である。図６の横方向は時間を表している。「主軸の位置」とは、主軸２２の高さを表している。この高さは、主軸ハウジング１１０の高さとともに変わるものである。「マガジンの角度」とは、図１から図４の水平方向に対する軸Ｃ４の角度を表している。「ツールとアームの間隔」とは、クランプ状態のツールホルダ４とそのツールホルダ４を挟持するアーム２０４との間隔を表している。「マガジンの位置」とは、ツールマガジン２００の高さを表している。「ツールの状態」とは、ツール（ツールホルダ４）がクランプ状態なのかアンクランプ状態なのかを表している。クランプ状態とは、クランプ部材２８が上方に位置し、その下端が内方に閉じており、ツールホルダ４がクランプされている状態（図５の状態）をいう。そして、アンクランプ状態とは、クランプ部材２８が下方に位置し、その下端が外方に広がっており、ツールホルダ４のクランプが解除されている状態をいう。従って図５の状態から、クランプ部材２８の下端が外方に広がるまでの間は、クランプ状態でもアンクランプ状態でもなく、この間の工作機械２の動作をアンクランプ動作という。逆に、クランプ部材２８の下端が外方に広がっている状態から図５の状態になるまでの間の工作機械２の動作をクランプ動作という。
なお図６の「主軸の位置」や「マガジンの位置」の縦方向の長さは、主軸２２やツールマガジン２００の高さ位置をそのまま表現したものではない。図１における主軸２２の高さ位置が主軸２２の下降位置であり、図４における主軸２２の高さ位置が主軸２２の上昇位置である。また図１や図２におけるツールマガジン２００の高さ位置がツールマガジン２００の下降位置であり（図１と図２ではツールマガジン２００の高さが異なるように見えるが、軸Ｃ３を基準にすればツールマガジン２００の高さは同じである）、図３や図４におけるツールマガジン２００の高さ位置がツールマガジン２００の上昇位置である。
【００３４】
図６に示されるように、主軸２２は下降位置（図１に示される位置）から上昇位置まで徐々に上昇する。図６では、主軸２２が上昇し始めたときを時間ゼロとしている。図１が時間ゼロの状態を表している。主軸２２が上昇してからｔ１に達すると、ツールマガジン２００が図１の矢印Ｄ２方向に揺動を開始する。そして、時間ｔ２に達すると、ツールマガジン２００が図２の状態になる（マガジンの角度が最大になる）。図２がｔ２の状態を表している。ツールマガジン２００のスイング動作によって、ツール（ツールホルダ４）とアーム２０４との間隔が狭くなる。但し上記したように、図２の状態（ｔ２のとき）では、アーム２０４とツールホルダ４との間にわずかな隙間ｓがあるために、ｔ２に達してもアーム２０４とツールホルダ４との間の間隔は最も狭くならない。
主軸２２がさらに上昇しても（ｔ２〜ｔ３の間）、ツールマガジン２００の角度は変わらない。この間は、ツールマガジン２００が主軸２２と同じ速度で上昇する。このとき、ツールマガジン２００は、右斜め上方向に上昇するために、アーム２０４がツールホルダ４に徐々に近づいていく。ｔ３に達したときに、ツールホルダ４とアーム２０４との間の間隔が最も狭くなる。図３がｔ３の状態を表している。ツールホルダ４は、ｔ２からｔ３の間に、クランプ状態からアンクランプ状態になる（即ちこの間にアンクランプ動作が行なわれる）。ｔ３に達したときに、ツールホルダ４はクランプから完全に解除され、ツールホルダ４はアーム４のみに保持された状態になる。
ｔ３〜ｔ４の間は主軸２２のみが上昇し、アンクランプされたツールホルダ４が主軸２２から離脱される。ｔ４に達すると、ツールマガジン２００のアーム群が軸Ｃ４回りに回転可能になる。図４がｔ４の状態を表している。
【００３５】
新しいツールを装着する動作は、図６の時間を反対方向に進めば良くわかる。まず、主軸２２のみが徐々に下降し始める（ｔ４）。そしてｔ３に達するとツールマガジン２００も下降し始める。このとき、主軸２２の下降速度とツールマガジン２００の下降速度は同じである。ｔ３からｔ２の間に、ツールのクランプ動作が行なわれる。即ち、主軸２２とツールマガジン２００が一体的に下降している間にクランプ動作が行なわれる。そしてツールがクランプ状態になると（ｔ２）、ツールマガジン２００が軸Ｃ３回りに揺動し始める（矢印Ｄ３方向のスイング動作を行なう）。これによりアーム２０４がツールホルダ４から離反する。主軸２２は、最終的に図１の位置（時間ゼロ）まで下降する。
【００３６】
本実施例に係る工作機械２によると、主軸２２とツールマガジン２００が一体的に上昇する間（図６のｔ２〜ｔ３の間）に、ツールホルダ４のアンクランプ動作が行なわれる。また主軸２２とツールマガジン２００が一体的に下降する間に、ツールホルダ４のクランプ動作が行なわれる。このように、クランプ動作やアンクランプ動作が行なわれるときに、主軸２２（ツールホルダ４）とアーム２０４が上下方向に相対移動しないようにされるので、主軸２２とアーム２０４との間でツールホルダ４の受渡しを安定的に行なうことができる。
また、ツールマガジン２００が矢印Ｄ２方向にスイング動作したときにアーム２０４とツールホルダ４との間に隙間ｓが存在するようにしたことにより、スイング動作によって両部材が破損することを防止できる。隙間ｓは、ツールマガジン２００の右斜め上方向の移動によって埋められるために、アンクランプされたときにツールホルダ４はアーム２０４に強固に挟持されている。
【００３７】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
【００３８】
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】主軸が最下位置にあるときの工作機械の正面図である。
【図２】ツールマガジンが主軸側にスイング動作した後の工作機械の正面図である。
【図３】主軸とツールマガジンがほぼ平行に上昇した後の工作機械の正面図である。
【図４】主軸が最上位置にあるときの工作機械の正面図である。
【図５】主軸付近を一部断面図で示した図である。
【図６】本実施例の工作機械の動作タイミングを説明するための図である。
【符号の説明】
２・・工作機械
４・・ツールホルダ
２２・・主軸
２６・・クランプ機構
２８・・クランプ部材
１００・・ワーク加工部
１０２・・コラム
１０４・・モータハウジング
１０６・・レバーハウジング
１０８・・ブラケット
１０８ａ・・ブラケット左部
１１０・・主軸ハウジング
１２０・・レバー部材
１２４・・ローラ
１３０・・ローラ接触部材
１５０・・レール
１８０・・第１板状部材
１８８・・バネ
２００・・ツールマガジン
２０４・・アーム
３１０・・第１レール部材
３３０・・第２レール部材
Ｃ１・・主軸の回転軸
Ｃ２・・レバー部材の回転軸
Ｃ３・・ツールマガジンの揺動支点（回転軸）
Ｃ４・・アーム群の回転軸[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a machine tool capable of automatically changing tools. In particular, the present invention relates to a machine tool capable of stably transferring a tool between a spindle and a tool magazine. The "tool" in this specification includes a tool holder to which a tool is fixed, and a tool and a tool holder which are integrated.
[0002]
2. Description of the Related Art There is known a machine tool capable of automatically changing tools having the following configuration.
-Spindle: The tool is detachable, and has a built-in mechanism for clamping the mounted tool.
・ A mechanism that moves the spindle in the axial direction.
First connecting device: provided between the main shaft and the clamping mechanism, the tool clamped on the main shaft is unclamped while the main shaft moves in one direction, and the tool unclamped from the main shaft moves in the other direction. Clamp between
Tool magazine: a tool magazine having a plurality of tool holding portions on the periphery capable of holding a tool and a means for rotating the plurality of tool holding portions in the circumferential direction. The tool magazine itself can be swung.
-Second connecting device: provided between the tool magazine and the main shaft. Following operations are realized following the movement of the main shaft in the axial direction.
First operation: the tool magazine is swung to the main shaft side following the movement of the main shaft in one direction, and the tool clamped on the main shaft is held by the tool holding portion. At the same time, the tool is unclamped from the spindle. In other words, when the tool magazine is swung toward the spindle and the tool holding unit starts holding the tool, the tool that is still clamped to the spindle is used. Unclamp until holding is completed.
Second operation: the main spindle alone is further moved in one direction, and the tool held by the tool holding unit and unclamped from the main spindle is separated from the main spindle.
Third operation: a plurality of tool holding units are rotated in the circumferential direction to select a tool.
Fourth operation: Only the main shaft is moved in the other direction, and the tool held (selected) by the tool holding unit is mounted on the main shaft.
Fifth operation: The main shaft is moved in the other direction, and the tool held by the tool holding unit is clamped on the main shaft. At the same time, the tool magazine is swung to the side opposite to the main spindle to separate the tool magazine from the tool clamped on the main spindle. That is, until the tool is clamped on the spindle, the tool is held by the tool holding portion, and after the tool is clamped on the spindle, the tool magazine is swung to the opposite side of the spindle.
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-2-15935
[0004]
In the above-mentioned conventional machine tool, the tool must be unclamped immediately after the timing when the tool holding section starts holding the tool. If the former timing is later than the latter timing, a tool that is not held by the tool holding unit is unclamped from the spindle, and the tool may fall off. Conversely, if there is too much difference between the former timing and the latter timing, the tool held by the tool holding unit moves together with the spindle while being clamped to the spindle. Since the tool holding portion only swings and cannot move in parallel with the main shaft, interference occurs in the operation.
Also, immediately after the timing at which the spindle clamps the tool, the tool holding section must separate from the tool. If the former timing is later than the latter timing, a tool that is not clamped to the spindle will not be held by the tool holding unit, and the tool may fall off. Conversely, if there is a difference between the former timing and the latter timing, the tool held by the tool holding unit moves together with the spindle while being clamped to the spindle. Since the tool holding portion only swings and cannot move in parallel with the main shaft, the operation also interferes at this time.
[0005]
The time allowed for tool change is shortened, and the axial movement distance of the spindle for tool change is also shortened. In this situation, it is difficult to secure the above timing. If the tool change speed is increased, the tool is likely to fall off.
The present invention develops a mechanism capable of reliably changing tools even when the moving distance of the spindle for changing tools is short. When removing the tool from the spindle, the spindle clamps the tool before holding the tool in the tool holder by allowing the tool clamped on the spindle to be unclamped while holding it in the tool holder. Prevent clamping. If a new tool is to be mounted on the spindle, the tool holder will be held before the tool is clamped on the spindle by allowing the tool to be held on the tool holder until after the tool is clamped on the spindle. Prevents you from holding the tool.
[0006]
Means for Solving the Problems, Functions and Effects The invention according to claim 1 created to solve the above-mentioned problem has a built-in mechanism in which a tool is detachable and a clamped tool is mounted. A main shaft, a mechanism for moving the main shaft in the axial direction, and a tool provided between the main shaft and the above-mentioned clamp mechanism, and unclamping the tool clamped on the main shaft while the main shaft moves in one direction, and unclamping from the main shaft. A first coupling device for clamping the clamped tool while the main shaft moves in the other direction, and means for rotating the plurality of tool holding portions in the circumferential direction while having a plurality of tool holding portions on the periphery capable of holding the tools A tool magazine, which is swingable and movable substantially parallel to the main shaft, and a second coupling device provided between the tool magazine and the main shaft. That. In this machine tool, the second connecting device sequentially implements the following operations to exchange tools.
First operation: the tool magazine is swung to the main shaft side in accordance with the movement of the main shaft in one direction, and the tool clamped on the main shaft is held by the tool holding unit.
Second operation: the spindle and the tool magazine are moved in one direction, and the tool held by the tool holding unit is unclamped from the spindle.
Third operation: only the spindle is further moved in one direction, and the tool held by the tool holding unit is separated from the spindle.
Fourth operation: a plurality of tool holding units are rotated in the circumferential direction to select a tool.
Fifth operation: Only the spindle is moved in the other direction, and the selected tool held by the tool holding unit is mounted on the spindle.
Sixth operation: the spindle and the tool magazine are moved in the other direction, and the tool held by the tool holding unit is clamped to the spindle.
Seventh operation: following the movement of the main shaft in the other direction, the tool magazine is swung to the side opposite to the main shaft, and the tool magazine is separated from the tool clamped on the main shaft.
[0007]
In the machine tool according to the first aspect, the spindle and the tool magazine move substantially parallel to the one direction while the tool clamped by the spindle is held by the tool holding unit. Then, during this parallel movement, the tool clamped on the main shaft is unclamped. In this machine tool, since the tool is unclamped while the tool holding portion holds the tool firmly, the delivery of the tool can be performed stably. In addition, the tool is clamped while the main spindle and the tool magazine move substantially parallel to the other direction. Since the tool holding portion separates from the tool after the tool is clamped, the delivery of the tool can be performed stably.
[0008]
In the above machine tool, at the end of the first operation, a gap is left between the tool holding portion and the tool in a direction orthogonal to the main shaft, and during the second operation, the tool magazine is moved toward the main shaft at a low speed. It is preferable to eliminate the above-mentioned gap.
When the first operation is performed by swinging the tool magazine, the tool holding portion may strongly collide with the tool, and the tool holding portion and the tool may be damaged. In the machine tool of the present invention, the swing of the tool magazine is stopped where a slight gap is formed between the tool holding portion and the tool, and the tool holding portion and the tool are not strongly collided. For this reason, it can prevent that a tool holding part and a tool are damaged. During the second operation, the tool holding unit holds the tool firmly at the end of the second operation in order to move the tool magazine toward the main spindle at a low speed so as to eliminate the gap. Therefore, the holding of the tool by the tool holding unit does not become unstable.
[0009]
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The invention described in the above claims can be suitably implemented in the following forms.
(Mode 1) The main shaft has a slot into which the tool fits. The slot has a tapered shape.
(Mode 2) The main shaft is rotatably housed in the housing. The mechanism for moving the main shaft in the axial direction moves the housing in the axial direction of the main shaft.
(Mode 3) The tool holding portion of the tool magazine is an arm whose tip is divided into two hands.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a machine tool according to the present invention will be described below with reference to the drawings. First, the configuration of the machine tool 2 will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a front view showing a schematic configuration of the machine tool 2.
The machine tool 2 includes a work processing unit 100 for processing a work using a tool, a tool magazine 200 for storing a large number of tools, and the like. In FIG. 1, other components (for example, a work support) provided in the machine tool 2 are not illustrated, and only components related to the present invention are illustrated.
[0011]
First, the configuration of the work processing unit 100 will be described. A work (not shown) is set below the work processing unit 100, and the work is processed by a tool. The tool is held by the tool holder 4. In this embodiment, the specific shape of the tool is not shown. There are various types of tools used in the machine tool 2 of the present embodiment, and there are various workpieces to be machined.
The workpiece processing unit 100 includes a spindle housing 110 that accommodates the spindle 22 (not shown in FIGS. 1 to 4; however, shown in FIG. 5), a motor housing 104 that accommodates a motor, a lever 120, and the like. And a bracket 108 covering the upper part of the machine tool 2 and the like. The motor housing 104 and the lever housing 106 are fixed to the spindle housing 110.
[0012]
With reference to FIG. 5, the detailed configuration inside the spindle housing 110 will be described. FIG. 5 is a partial sectional view showing the vicinity of the main shaft. The main shaft housing 110 includes a housing 18 including the first housing 12 and the second housing 14. The second housing 14 is fixed to the first housing 12. Four bearings 20 (only one is denoted by a reference numeral) are fixed to the first housing 12. The first housing 12 rotatably supports the main shaft 22 via each bearing 20. The main shaft 22 is connected to a motor via a mechanism not shown. This motor is housed in a motor housing 104. When the motor is driven, the main shaft 22 rotates around the axis C1. The description of the drive mechanism of the motor and the mechanism for transmitting the torque of the motor to the main shaft 22 will be omitted.
In FIG. 5, although the main shaft 22 and the second housing 14 appear to be in contact with each other, they are not actually in contact with each other, or even if they are in contact, the sliding friction is very small. Due to the presence of the second housing 14, the rotational movement of the main shaft 22 is not suppressed.
[0013]
The main shaft 22 has a hollow inside. A mechanism 26 for clamping the tool holder 4 is provided in the cavity. The clamp mechanism 26 includes a clamp member 28, a substantially cylindrical member 30, and the like. The clamp member 28 and the member 30 are slidable in the axial direction of the main shaft 22.
FIG. 5 shows a state where the spindle 22 is clamped to the tool holder 4. In this state, the member 30 is urged upward by the spring 29, and the tool holder 4 is also urged upward. At this time, the tool holder 4 is in close contact with the tapered portion 36 of the main shaft 22.
When the member 30 moves downward from the state of FIG. 5, the clamp member 28 moves downward, and the lower end of the clamp member 28 can be spread outward. As a result, the bulged portion 4b at the upper end of the tool holder 4 comes off from the main shaft 22 (the tool holder 4 is unclamped). Conversely, when the member 30 moves upward while the tool holder 4 is inserted into the main shaft 22, the clamp member 28 moves upward, and the lower end of the clamp member 28 closes inward. As a result, the bulging portion 4b of the tool holder 4 is clamped by the clamp member 28, and the state shown in FIG. 5 is obtained (the tool holder 4 is clamped).
It is well shown in FIG. 5 that the tool holder 4 of this embodiment has a tapered shape (tapered portion 40). The shape of the tapered portion 36 of the main shaft 22 is set according to the shape of the taper.
[0014]
As shown in FIG. 1, a roller contact member 130 that comes into contact with rollers 322 and 206 described below is fixed to a surface on the front side (the front side in FIGS. 1 to 4) of the spindle housing 110. The roller contact member 130 has a shape formed by combining a substantially rectangular shape 130b that is long in the left-right direction and a substantially rectangular shape 130a that extends upward from the left side of the substantially rectangular shape 130b. The right end of the substantially square 130b slightly protrudes downward. The right side of the substantially square 130a is longer than the left side. For this reason, the upper side of the substantially rectangular shape 130a has a left-downward slope. The lower side of the substantially quadrilateral 130b is curved downward to the right.
[0015]
Inside the lever housing 106, a lever 120, a member 122, and the like are housed. The lever 120 has an L-shape. An opening is formed in the center of the lever 120, and a pin is inserted into the opening. (The opening and the pin are not shown, but the positions of the opening and the pin are the same as those in FIG. C2 part). The pin is fixed to the lever housing 106. With these configurations, the lever 120 can rotate around the axis C2.
A roller 124 is fixed above the lever 120. The roller 124 is rotatably fitted to a rail 150 described later. A roller 126 is rotatably fixed to the left part of the lever 120. The member 122 fitted to the roller 126 has a cylindrical shape at the upper part and a cylindrical shape at the lower part having a larger radius than the upper part. When the lever 120 rotates left around the axis C2 from the state of FIG. 1, the member 122 moves downward. When the lever 120 rotates clockwise around the axis C2, the member 122 moves upward.
A member (not shown) is fixed to the lower surface of the member 122, and the member 30 is connected to the member (not shown). Therefore, when the member 122 moves downward with the left rotation of the lever 120, the member 30 moves downward. As a result, the clamp member 28 moves downward, and the clamp of the tool holder 4 is released (unclamped). Conversely, when the member 122 moves upward with the right rotation of the lever 120, the member 30 moves upward. Thereby, the clamp member 28 moves upward, and the tool holder 4 is clamped.
[0016]
A guide rail 170 extends in the vertical direction through the right part 110a of the main shaft housing. A ball screw mechanism (not shown) is provided in the column 102 on the right side of the main shaft housing 110. The main shaft housing right portion 110a is connected to the ball screw mechanism. Further, the ball screw mechanism is connected to a motor 112. With this ball screw mechanism, the torque of the motor 112 is converted into vertical movement of the spindle housing 110 (the spindle housing 110 can move up and down along the guide rail 170). As described above, since the motor housing 104 and the lever housing 106 are fixed to the main shaft housing 110, when the main shaft housing 110 moves up and down, the respective housings 104 and 106 also move up and down integrally.
[0017]
The bracket 108 has a structure in which the left portion extends downward (a portion extending downward is indicated by reference numeral 108a). Three plate members (a first plate member 180, a second plate member 182, and a third plate member 192) are fixed to the bracket 108. Since the bracket 108 does not move up and down with the up and down movement of the main shaft housing 110 and the like (the bracket 108 does not move at all), the plate members 180, 182, and 192 do not move from the position shown in FIG.
The third plate-shaped member 192 is fixed to the downwardly extending portion 108a by four bolts 190 (only one is denoted by a reference numeral). The third plate-shaped member 192 has a rectangular shape that is long in the left-right direction. The first plate-like member 180 is fixed to the right part of the third plate-like member 192 by four bolts 194 (only one reference numeral is given). The second plate-like member 182 is attached so as to extend downward from the center of the bracket 108.
[0018]
A groove (rail) 150 is formed in the first plate-like member 180 in the up-down direction. The rail 150 is formed so as to curve once to the left as it goes upward from below. When the spindle housing 110 and the like move upward from the state of FIG. 1, the above-described first roller 124 rolls on the rail 150. This will be described in detail later.
One end of a spring 188 is connected to the lower end of the second plate-shaped member 182. The other end of the spring 188 is connected to a member 216 of the tool magazine 200 described later. By the spring 188, the tool magazine 200 is urged rightward (more specifically, obliquely upward rightward).
[0019]
A first rail member 310 is fixed to the lower surface of the left bracket portion 108a. A second rail member 330 is fixed to the left surface of the left bracket portion 108a. The first rail member 310 has a rectangular parallelepiped shape. A block 312 is fitted on the lower side of the first rail member 310 so as to be slidable in the left-right direction. A member 320 having two rollers 322 and 324 is attached to the block 312 (the member 320 is movable in the left-right direction). The rollers 322 come into contact with the roller contact members 130 when the housings 110 and the like move upward from the state shown in FIG. This will be described in detail later. The roller 324 is rotatably fitted in a groove 340a of a member 340 described later.
[0020]
A member 350 extending downward is fixed to the right part of the first rail member 310. The member 350 has a hole, into which the shaft 352 is inserted. The left end of the shaft 352 is fixed to the right side surface of the member 320. A nut 354 having a larger outer diameter than the shaft insertion hole of the member 350 is fastened to the right end of the shaft 352. With this configuration, when the member 320 moves to the left, the nut 354 contacts the member 350, and the member 320 is prohibited from moving to the left of the contact position.
Similarly to the shaft 352, the shaft 355 passes through the member 350 and is fixed to the right side surface of the member 320. The shaft 355 is urged rightward by the spring 356 (the member 320 is also urged rightward). Therefore, the member 320 maintains the state of FIG. 1 unless an external force in the left direction is applied.
[0021]
The second rail member 330 has a rectangular parallelepiped shape extending vertically. A block (not shown) is fitted on the left side of the second rail member 330 so as to be slidable in the vertical direction (to be precise, diagonally upward to the right). This block leans to the right as it goes upwards. A member 341 is attached to this block, and a member 340 is attached to the member 341 (this allows the members 340 and 341 to move obliquely rightward and upward). In the upper part of the member 341, a hole (not shown, but located at the position of C3) is provided.
[0022]
Next, the configuration of the tool magazine 200 will be described. The tool magazine 200 includes a plurality of arms 204. The tip of the arm 204 has a shape capable of gripping a tool (tool holder 4) (the shape of the arm 204 is well shown in FIG. 2). That is, the arm 204 has a shape in which the tip is divided into two hands. The plurality of arms 204 are arranged at equal pitches on a circumference around the axis C4. Although only two arms 204 are shown in FIG. 1 and the like, the tool magazine 200 of the present embodiment includes ten arms 204. The arm group (the ten arms are collectively referred to as such) is rotatable around the axis C4. A detailed description of a motor that rotates the arm group and a rotation mechanism of the arm group is omitted.
A member 208 extends rightward from the upper right side of the tool magazine 200. The right side of the member 208 is provided with a hole (not shown, but located at the position of C3). A pin 212 is inserted into the hole. With this configuration, the member 208 is rotatably supported by the member 341. That is, the tool magazine 200 can swing about the axis C3 as a swing fulcrum (a swing operation in the direction of arrow D2 and a swing operation in the direction of arrow D3 are possible).
[0023]
A member 216 extends rightward from a lower right portion of the tool magazine 200. The roller 206 is fixed to the member 216. In the state shown in FIG. 1, the roller 206 is in contact with the left side of the substantially square 130a of the roller contact member 130. Further, as described above, the spring 188 is connected to the member 216. As a result, the member 216 (tool magazine 200) is urged obliquely rightward and upward.
[0024]
Next, a tool changing operation of the machine tool 2 having the above configuration will be described. The tool exchange is performed by moving the spindle housing 110 and the like upward from the state shown in FIG. As the main shaft housing 110 moves upward, the roller 206 relatively rolls on the left side of the substantially rectangular shape 130a of the roller contact member 130. When the main shaft housing 110 moves upward, the roller 206 reaches the lower side of the substantially square 130b. Since the tool magazine 200 is urged rightward, the roller 206 rolls rightward on the lower side of the substantially rectangular shape 130b of the roller contact member 130. At this time, the tool magazine 200 rotates counterclockwise around the axis C3 (swings (swings) in the direction of arrow D2). As a result, the arm 204 in an empty state (a state in which the tool holder 4 is not held) approaches the tool holder 4 clamped to the main shaft 22 and holds the tool holder 4.
[0025]
FIG. 2 shows a state after the tool magazine 200 swings in the direction of arrow D2. FIG. 2 is a plan view of the arm 204. As shown in FIG. 2, when the tool magazine 200 swings in the direction of arrow D <b> 2, the tool holder 4 clamped on the main shaft 22 is held by the arm 204. By forming the lower side of the substantially rectangular shape 130b of the roller contact member 130 into a curved shape, it is possible to prevent the arm 204 (the tool magazine 200) from swinging vigorously and giving a strong impact to the tool holder 4.
The swing operation of the tool magazine 200 is stopped when the right central portion 200a of the tool magazine 200 contacts the stopper bolt 343 embedded in the member 340. In the state shown in FIG. 2, the arm 204 has not completely clamped the tool holder 4. That is, there is a slight gap s between the arm 204 and the tool holder 4, as is well shown in the plan view of the arm 204 in FIG. The shape of the right central portion 200a of the tool magazine 200 and the shape of the stopper bolt 343 are designed so that the small gap s exists.
[0026]
FIG. 2 well shows a state in which the roller 124 is fitted to the rail 150. The roller 124 is fixed to the lever 120 (see FIG. 1). In FIG. 2, the lever 120 and the member 122 are not shown, and only the roller 124 is shown.
Further, in the state of FIG. 2, the roller 322 is in contact with the upper side (inclined portion) of the substantially square 130a of the roller contact member 130.
[0027]
When the spindle housing 110 and the like move further upward from the state of FIG. 2, the roller contact member 130 pushes the roller 322 to the left. As a result, the member 320 moves to the left. When the member 320 moves to the left, the roller 324 on the left side of the member 320 also moves to the left. Since the roller 324 is fitted in the groove 340 a of the member 340, when the roller 324 moves to the left, an upward force acts on the member 340. With this force, the member 340 moves upward (to be exact, diagonally right upward). That is, the entire tool magazine 200 moves obliquely rightward and upward. At this time, the shape of each member (the roller contact member 130, the member 340, the second rail member 330, and the like) is set such that the upward movement speed of the tool magazine 200 is equal to the upward movement speed of the spindle housing 110 and the like. Designed.
[0028]
When the main shaft housing 110 and the like move further upward from the state of FIG. 2, the roller 124 moves up along the rail 150. Since the rail 150 is curved at its lower portion, the roller 124 also rises while curving. When the roller 124 curves to the left, the lever 120 (see FIG. 1) to which the roller 124 is fixed rotates counterclockwise around the axis C2. The left rotation causes the member 122 to move downward. Thereby, the tool holder 4 is unclamped.
[0029]
As described above, the tool magazine 200 and the spindle housing 110 and the like have the same upward moving speed, and there is no vertical relative movement between the tool magazine 200 (arm 204) and the spindle 22. However, since the tool magazine 200 moves diagonally rightward and upward, the arm 204 moves rightward with respect to the tool holder 4 and the tool holder 4 and the arm 204 approach each other. Thereby, the gap s between the arm 204 and the tool holder 4 is eliminated, and the tool holder 4 is completely clamped by the arm 204.
[0030]
FIG. 3 shows a state in which the spindle housing 110 and the like have moved further upward from the state of FIG. At this time, the roller 322 fixed to the member 320 is located on the left side of the substantially square 130a of the roller contact member 130. Therefore, even if the main shaft housing 110 and the like move further upward, the member 320 is not pushed leftward. For this reason, the tool magazine 200 does not move upward any more. Further, since the nut 354 fixed to the right end of the shaft 352 is in contact with the member 350, the member 320 is also prohibited from moving to the left. In the state of FIG. 3, the roller 124 is located above the curve of the rail 150 of the first plate-like member 180. That is, the roller 124 has passed the curve of the rail 150 before the state shown in FIG. For this reason, in the state of FIG. 3, the member 122 is at the lower position, and the tool holder 4 is unclamped.
[0031]
Even if the spindle housing 110 and the like are further moved upward from the state of FIG. 3, the tool magazine 200 does not move upward, and only the spindle housing 110 and the like move upward. Then, the state shown in FIG. 4 is obtained. FIG. 4 is a diagram when the spindle housing 110 and the like are at the uppermost position. In the state of FIG. 4, the arm group of the tool magazine 200 is rotated around the axis C4, and a new tool mounted on the main shaft 22 is selected. For example, the arm 204a is rotated to the uppermost position (the position of the arm 204b in FIG. 4), and the arm 204b is positioned at the lowermost position (the position of the arm 204a in FIG. 4). Thus, the used tool (tool holder 4a) is located at the uppermost position, and the tool to be used (tool holder 4b) is located at the lowermost position.
[0032]
When a new tool is selected, the new tool (tool holder 4 b) is clamped on the spindle 22 by performing the lowering operation of the spindle housing 110. Since the above-described operation of raising and lowering the spindle housing 110 is merely performed (since the state of FIG. 4 only returns to the state of FIG. 1), the detailed description of the clamp of the new tool is omitted here (only a little will be described later). Do).
[0033]
FIG. 6 is a diagram for explaining the operation timing of each member of the machine tool 2. The horizontal direction in FIG. 6 represents time. The “position of the main shaft” indicates the height of the main shaft 22. This height changes with the height of the spindle housing 110. The “magazine angle” indicates the angle of the axis C4 with respect to the horizontal direction in FIGS. “The distance between the tool and the arm” indicates the distance between the tool holder 4 in the clamped state and the arm 204 that clamps the tool holder 4. “Position of magazine” indicates the height of the tool magazine 200. The “tool state” indicates whether the tool (tool holder 4) is in a clamped state or an unclamped state. The clamped state refers to a state in which the clamp member 28 is located upward, the lower end is closed inward, and the tool holder 4 is clamped (the state in FIG. 5). The unclamped state refers to a state in which the clamp member 28 is positioned below, the lower end of the clamp member 28 is spread outward, and the clamp of the tool holder 4 is released. Therefore, from the state of FIG. 5 until the lower end of the clamp member 28 expands outward, neither the clamped state nor the unclamped state is performed, and the operation of the machine tool 2 during this period is called an unclamping operation. Conversely, the operation of the machine tool 2 from the state in which the lower end of the clamp member 28 extends outward to the state in FIG. 5 is referred to as a clamp operation.
Note that the vertical lengths of the “main spindle position” and the “magazine position” in FIG. 6 do not directly represent the height positions of the main spindle 22 and the tool magazine 200. The height position of the main shaft 22 in FIG. 1 is the lowered position of the main shaft 22, and the height position of the main shaft 22 in FIG. The height position of the tool magazine 200 in FIGS. 1 and 2 is the descending position of the tool magazine 200 (the height of the tool magazine 200 appears to be different in FIGS. 1 and 2; The height position of the tool magazine 200 in FIGS. 3 and 4 is the ascending position of the tool magazine 200.
[0034]
As shown in FIG. 6, the main shaft 22 gradually rises from a lowered position (the position shown in FIG. 1) to a raised position. In FIG. 6, the time when the main shaft 22 starts to rise is defined as time zero. FIG. 1 shows the state at time zero. When t1 is reached after the main shaft 22 is raised, the tool magazine 200 starts swinging in the direction of arrow D2 in FIG. Then, when the time t2 is reached, the tool magazine 200 is brought into the state shown in FIG. 2 (the angle of the magazine becomes maximum). FIG. 2 shows the state at t2. The space between the tool (tool holder 4) and the arm 204 is reduced by the swing operation of the tool magazine 200. However, as described above, in the state of FIG. 2 (at time t2), since there is a slight gap s between the arm 204 and the tool holder 4, even when the arm 204 reaches the time t2, Are not the narrowest.
Even if the main shaft 22 is further raised (between t2 and t3), the angle of the tool magazine 200 does not change. During this time, the tool magazine 200 moves up at the same speed as the main shaft 22. At this time, since the tool magazine 200 rises obliquely upward to the right, the arm 204 gradually approaches the tool holder 4. When reaching t3, the distance between the tool holder 4 and the arm 204 becomes the narrowest. FIG. 3 shows the state at t3. The tool holder 4 changes from the clamped state to the unclamped state between t2 and t3 (that is, the unclamping operation is performed during this time). When t3 is reached, the tool holder 4 is completely released from the clamp, and the tool holder 4 is held only by the arm 4.
During the period from t3 to t4, only the main shaft 22 rises, and the unclamped tool holder 4 is separated from the main shaft 22. When reaching t4, the arm group of the tool magazine 200 becomes rotatable around the axis C4. FIG. 4 shows the state at t4.
[0035]
The operation of installing a new tool can be better understood by moving the time in FIG. 6 in the opposite direction. First, only the main shaft 22 starts to descend gradually (t4). When the time reaches t3, the tool magazine 200 also starts to descend. At this time, the descending speed of the spindle 22 and the descending speed of the tool magazine 200 are the same. The clamping operation of the tool is performed between t3 and t2. That is, the clamping operation is performed while the main shaft 22 and the tool magazine 200 are integrally lowered. Then, when the tool enters the clamped state (t2), the tool magazine 200 starts to swing around the axis C3 (performs a swing operation in the direction of arrow D3). As a result, the arm 204 separates from the tool holder 4. The spindle 22 finally descends to the position in FIG. 1 (time zero).
[0036]
According to the machine tool 2 according to the present embodiment, the unclamping operation of the tool holder 4 is performed while the spindle 22 and the tool magazine 200 are integrally raised (between t2 and t3 in FIG. 6). Further, while the spindle 22 and the tool magazine 200 are integrally lowered, the clamping operation of the tool holder 4 is performed. As described above, when the clamping operation or the unclamping operation is performed, the main shaft 22 (tool holder 4) and the arm 204 are prevented from relatively moving in the vertical direction, so that the tool holder is moved between the main shaft 22 and the arm 204. 4 can be stably delivered.
In addition, when the tool magazine 200 swings in the direction of the arrow D2, the gap s exists between the arm 204 and the tool holder 4, so that both members can be prevented from being damaged by the swing operation. Since the gap s is filled by the tool magazine 200 moving obliquely rightward and upward, the tool holder 4 is firmly held by the arm 204 when unclamped.
[0037]
As mentioned above, although the specific example of this invention was demonstrated in detail, these are only illustrations and do not limit a claim. The technology described in the claims includes various modifications and alterations of the specific examples illustrated above.
[0038]
In addition, the technical elements described in the present specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. The technology illustrated in the present specification or the drawings achieves a plurality of objects at the same time, and has technical utility by achieving one of the objects.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view of a machine tool when a spindle is at a lowermost position.
FIG. 2 is a front view of the machine tool after the tool magazine performs a swing operation toward a spindle.
FIG. 3 is a front view of the machine tool after the main shaft and the tool magazine have risen substantially in parallel.
FIG. 4 is a front view of the machine tool when a spindle is at an uppermost position.
FIG. 5 is a partial sectional view showing the vicinity of a main shaft.
FIG. 6 is a diagram for explaining the operation timing of the machine tool according to the embodiment.
[Explanation of symbols]
2. Machine tools
4. Tool holder
22 ・・ Spindle
26 ・・ Clamp mechanism
28 ・・ Clamp member
100 ・・ Work processing part
102 ・・ Column
104 motor housing
106 ・・ Lever housing
108 Bracket
108a ... left part of bracket
110 ・・ Spindle housing
120 ・・ Lever member
124 Lola
130 ・・ Roller contact member
150 rails
180..First plate-shaped member
188 spring
200 Tool Magazine
204 Arm
310 ··· First rail member
330 ・・ Second rail member
C1 ··· Spindle rotation axis
C2 ··· Rotary axis of lever member
C3 ··· Tool magazine pivot point (rotary axis)
C4 ... Rotation axis of arm group

Claims

A spindle with a removable tool and a built-in mechanism for clamping the mounted tool,
A mechanism for moving the spindle in the axial direction,
A tool provided between the main shaft and the clamp mechanism is unclamped while the main shaft moves in one direction, and the tool clamped on the main shaft is clamped while the main shaft moves in the other direction. A first connecting device for causing
A tool having a plurality of tool holding portions on the periphery capable of holding a tool and having means for rotating the plurality of tool holding portions in the circumferential direction, the tool itself being swingable and movable substantially parallel to the main shaft. Magazine and
A second connecting device provided between the tool magazine and the main shaft, wherein the second connecting device performs the following operations, that is,
A first operation; following the movement of the spindle in the one direction, the tool magazine is swung toward the spindle, and the tool clamped on the spindle is held by the tool holding unit;
A second operation: moving the spindle and the tool magazine in the one direction, and unclamping the tool held by the tool holding unit from the spindle.
Third operation: moving only the main shaft in the one direction to separate the tool held by the tool holding portion from the main shaft;
Fourth operation: rotating a plurality of tool holders in the circumferential direction to select a tool,
Fifth operation: moving only the spindle in the other direction, and mounting the selected tool held by the tool holding unit on the spindle.
Sixth operation: moving the spindle and the tool magazine in the other direction, and clamping the tool held by the tool holding unit to the spindle.
Seventh operation: following the movement of the main shaft in the other direction, the tool magazine is swung to the side opposite to the main shaft, and the operation of separating the tool magazine from the tool clamped on the main shaft is realized in order to exchange the tool. Machine Tools.

At the end of the first operation, a gap is left between the tool holding unit and the tool in a direction orthogonal to the main shaft. During the second operation, the tool magazine is moved toward the main shaft at a low speed to eliminate the gap. The machine tool according to claim 1, wherein: